基於石墨烯/一維矽納米陣列新型光伏器件的研究

《基於石墨烯/一維矽納米陣列新型光伏器件的研究》是依託蘇州大學，由揭建勝擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：基於石墨烯/一維矽納米陣列新型光伏器件的研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：揭建勝
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

一維矽納米陣列結構具有陷光效應，且易於構築徑向p-n結，有利於改善器件光吸收效率及載流子分離效率，其在光伏電池中的套用引起廣泛關注。但現有一維矽納米陣列光伏器件主要沿用傳統晶矽器件製備工藝，如高溫下p-n結擴散或生長，工藝的複雜性對其套用和性能造成限制。本項目提出以石墨烯作為高性能透明電極，在大氣及室溫條件下，通過簡單轉移方式與一維矽納米陣列構成肖特基型或有機-無機雜化p-n結光伏器件。通過陣列結構最佳化、石墨烯與陣列立體接觸等方式，改善石墨烯與陣列接觸。進而結合陣列表面修飾與鈍化，以及石墨烯電學性能調控等手段，提高光伏器件性能。通過發展矽納米陣列剝離與轉移技術，構築柔性光伏器件。期望獲得轉換效率在10-15%之間（其中柔性器件9-12%）的高性能石墨烯/一維矽納米陣列光伏器件，器件性能具國際先進水平。本項目的實施對於高效、低成本、環境友好的碳/矽複合光伏器件的研究與套用具有重要意義。

結題摘要

石墨烯/矽異質結太陽能電池具有結構簡單，可溶液法加工等特點，有望成為一種新型的高性能、低成本太陽能電池。一維矽納米陣列結構具有良好的陷光效應，我們通過構築基於矽納米結構的石墨烯／矽異質結太陽能電池，利用矽納米結構進行光學調控，有效增強了器件的吸光，進而提升了器件的光電轉換效率。我們同時採用矽表面旋塗聚合物薄膜減反層的方法提高矽的光吸收，也取得了較好的減反射效果，最終獲得效率超過13.5%的高效率石墨烯/矽異質結器件。此外，我們通過界面調控最佳化異質結的載流子分離和傳輸的性質，採用矽表面甲基化、表面沉積P3HT或石墨烯量子點等方法調控矽表面能帶彎曲，減少矽的表面載流子複合，從而提高器件效率。我們在柔性矽太陽能電池方面開展了系統的研究，為了克服柔性超薄矽光吸收弱的缺點，我們在其表面構築了矽納米線陣列，有效降低了表面光反射，最終得到效率超過8%的石墨烯／柔性矽電池器件。在石墨烯／矽異質結太陽能電池的研究基礎上，我們進一步發展了基於MoS2等垂直取向二維材料薄膜/矽納米結構異質結光電器件，構築了具有寬光譜探測、高探測率和高回響速度的高性能光電探測器。我們的工作有力提升了石墨烯/矽異質結太陽能電池的性能，對於發展基於二維材料/矽異質結的新型光伏與光電器件具有重要意義。